生物质资源包括木材及森林工业废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物等。不同生物质的主要组成基本相同，但其成分含量则差异较大。由于单一生物质很难实现现代化大规模利用，所以必将是多种生物质混合利用。本文采用华北地区常见的13种农业、林业、草木生物质，将这些组成成分差异不大的生物质制备成均匀的混合物，与一种典型褐煤进行共热解的试验研究。
1、生物质能的转化
生物质的利用转化方式主要有热化学法、生物化学法、提取法。热化学法是指高温下将生物质转化为其它形式能量的转化技术，包括直接燃烧（直接将生物质完全燃烧放出热量），气化（在气体介质氧气、空气或蒸汽参与的情况下对生物质进行部分氧化而转化成气体燃料的过程），热解（在没有气体介质氧气、空气或蒸汽参与的情况下，单纯利用热使生物质中的有机物质等发生热分解从而脱除挥发性物质，常温下为液态或气态，并形成固态的半焦或焦炭的过程）和直接液化（在高温高压和催化剂作用下从生物质中提取液化石油等）。生物化学法是指生物质在微生物的发酵作用下产生沼气、酒精等能源产品。提取法是利用生物质提取生物油。
固体生物质的热解及其进一步转化是开发利用生物质能的有效途径之一。在生物质热化学转化过程中，热解是一个重要的环节。生物质形态各异，组成多为木质素、纤维素等难降解有机物，与矿物燃料不同，因此生物质热解过程是一个复杂的过程，影响生物质热解的运行参数有终端温度、加热速率、压力和滞留时间等。生物质的组成、结构及其灰成分对热解也都有影响。研究生物质与煤共同作为燃料所具有的特性可为更广泛的利用生物质能提供参考依据。
2、生物质与煤的混合物共热解研究现状
影响生物质或煤热解产物的质与量的因素除了煤质、生物质的种类外，主要取决于热解终温和加热速率。高温有利于气体产物的生成，主要是因为高温会引起热解产物的二次分解；而加热速率的提高则因改变了反应类型，使热解产物的质与量得到相应的改善。煤与生物质的热解行为有很多相似之处，但也有不同，除了煤与生物质的热解温度范围不同外，还有气氛的影响。
在煤与生物质共热解过程中，二者的热解必将相互影响，如果存在有利的协同作用，就有可能达到共热解提高煤转化率及提高产物热值的目的。在共热解中，生物质的热解总是在煤热解之前发生，因此，生物质热解的过程与产物是否对后续煤的热解产生促进或抑制的影响，以及热解工艺参数的选取和设备的设计等，均成为该领域基础研究的重要课题。近年来，国内外一些研究者对生物质与煤共热解中的协同作用进行了研究。Chatphol MeesIi和Behdad MogIUaden发现无明显协同作用；Nikkhah在小型反应器中进行了若干种生物质和煤共热解试验，认为共热解能够提高气体产率，且增加碳氢含量和热值；McGee对PVC和木屑／麦秆混合（模拟城市固体废弃物）的共热解试验结果表明存在协同反应，半焦产率增高，但半焦反应活性下降。Moghtader研究了煤和木质生物质的共热解行为，J．M．Jones用热重分析仪和热解气相色谱一质谱分析仪研究松屑和煤共热解，均认为没有提及协同作用。K．Raveendran采用14种生物质的热解研究结果显示，不论人工合成的生物质和还是天然生物质原料其各成分间均未发现协同反应。A.G．Collot在固定床和流化床两种反应器上研究煤和生物质共热解，采用Daw Mill煤和白桦树及波兰煤和森林残余物，固定床共热解试验中发现共热解的焦油值比其各自单独热解值提高4%，全部挥发分的计算值与试验值一致，作者尚不能确定协同反应是否存在。在文献描述的流化床热解反应结果中，焦油值略低，挥发分值比期望无协同反应的值高出5%；但A．G．Collot认为，不管燃料颗粒紧密接触还是离散，在其共热的解过程中均为各自行为，尽管在这两种反应器中焦油和挥发分有一些差别，但这种差别太小不足以证明有协同反应。而在用波兰煤和森林残余物共热解时发现，森林残余物的半焦超过了煤半焦，混合物中有30%是煤半焦，是单独煤热解产生半焦的3倍，认为可能存在协同反应，推测是白桦中的矿物质（较高的钾）对煤热解产生了催化作用。Rudiger用鼓泡流化床反应器研究生物质和煤共热试验，Rtidiger和Pan没有观察到协同反应，可能是因为他们没有考虑样品间的空间距离，鼓泡床较短的停留时间限制了整体的失重，存在不完全热解。Pan在大气压力下，用热重分析仪研究了低品质煤和生物质的共热解行为，温度在110℃~900℃，加热速率100℃/min，没有观察到协同反应。C．Strm等人所进行的煤与生物质的共热解表明：煤与生物质有许多相同的热解特性，但热解温度范围不重叠，生物质未对煤热解起到促进作用。李文等人用锯末、稻壳和大同煤按不同比例混合，用热重析仪(升温速率5—25℃/min)研究共热解，他们认为：生物质本身固有的氢并没有在煤的热解中起到加氢效果，共热解中的转化率只是煤与生物质各自转化率之和；李世光利用慢速加热方法进行煤与生物质共热解，煤开始热解时，生物质已基本上完全热解，二者之间难以产生协同反应，认为煤不能有效地利用生物质中富裕的氢，达不到预期效果。
至今国外研究者采用热重分析仪和其它不同类型的反应器在单一生物质与煤共热解方面开展了一些基础试验研究，但对协同反应的机理认识尚有所不同，大部分研究者的试验从不同的角度推测协同反应的影响及作用程度。现有文献还没有见到采用多种生物质混合物与煤共热解特性以及混合生物质与煤共热解的合理掺混比例的研究报道。本文对多种生物质混合物和褐煤共热解现象进行试验研究，分析其热解特性，探讨不同比例生物质混合物在热解过程中能否与褐煤产生协同反应，确定合理的生物质与煤共热解掺混比例，并探讨其可能存在的促进或抑制机理。
3、生物质混合物、褐煤成分分析与热解试验方法
生物质混合物由华北地区常见的木屑（松木和杨木混合物）、沙柳枝和叶、旱柳枝和叶、紫花苜蓿、芦苇、秸秆、稻壳、玉米芯、碱草等13种农业和林业废弃物、草木类等生物质按相同质量比例混合制备。
褐煤取自某烧梅河褐煤电厂煤粉仓，褐煤煤化程度较轻，与生物质较为接近。试验样品均为空气风干样品。元素分析采用德国Vario ELm元素分析仪，工业分析、发热量按ASTM有关行业标准测定(表1)。生物质混合物挥发分约为褐煤的2倍，生物质灰分含量不到褐煤的1/4，N、S含量也较低。
采用美国TA公司TGA2050型热重分析仪试验研究生物质与褐煤共热解过程，最高温度1000℃，最大样品质量lg，升温速率0.1- 50℃/min，N2流量100 ml/min。
热解过程中持续通入氮气以创建可理想化为纯粹受试样本身不可逆热解化学反应动力学控制的气氛，迅速将热解气相反应产物带走，防止逆反应过程发生，并阻止外界空气渗入，防止气相产物或固体试样与氧气反应。该热重分析仪具有温控、差热测量、热重及微商测量、温度测量等功能与真空、气氛控制及计算机数据处理系统。
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